濾波器課程設(shè)計

1、格物致新 厚德澤人項目：課程設(shè)計學(xué)院:信息工程學(xué)院班級:卓越111班姓名: 學(xué)號:+目 錄實驗?zāi)康? 3實驗要求- 3實驗原理- 3濾波器基礎(chǔ)知識簡介- 3有源低通濾波器（LPF）- 4二階壓控型低通濾波器-4實驗設(shè)計-6仿真分析- 6仿真電路- 7實驗結(jié)果- 7波特圖儀顯示- -77實驗PCB原理圖-9實驗結(jié)果分析- 11理論計算- 11實驗結(jié)果比較與分析- 11實驗結(jié)論- 12實驗感想-12實驗?zāi)康模?、 熟悉由集成運放和阻容元件組成的有源濾波器的原理；2、 學(xué)習(xí)運用傳遞函數(shù)法分析有源濾波器的頻率響應(yīng)；3、 學(xué)習(xí)RC有源濾波器的設(shè)計及電路調(diào)試方法；4、 學(xué)習(xí)利用Multisim仿真軟件進行

2、電路仿真分析。實驗要求：設(shè)計一個二階壓控型低通濾波器。要求：通帶增益為2，截止頻率為2KHz，可以選擇0.01的電容器，電阻的阻值盡量接近實際計算值，電路設(shè)計完后，用Multisim仿真軟件進行仿真分析，并畫出其頻率特性曲線。實驗原理：1、 濾波器基礎(chǔ)知識簡介按照濾波器的工作頻帶，濾波器可分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）幾種。按濾波器傳遞函數(shù)的極點數(shù)又分為一階濾波器、二階濾波器等。如果濾波器僅由無源元件（電阻、電容和電感）組成，則稱之為無源濾波器；若濾波器含有有源元件（晶體管、集成運放等），則稱之為有源濾波器。由阻容元件和運算放大器組成

3、的濾波電路稱為RC有源濾波器。由于集成運放有帶寬的限制，目前RC有源濾波器的工作頻率比較低，一般不超過1MHz。2、 有源低通濾波器（LPF）低通濾波器允許輸入信號中低于截止頻率的低頻或直流分量通過，抑制高頻分量。有源低通濾波器是以RC無源低通濾波器為基礎(chǔ)，與集成運放連接而成。3、 二階壓控型低通濾波器二階壓控型有源低通濾波器如下圖所示。圖1. 二階壓控型低通濾波器原理圖將電容器的接地端改接到運放的輸出端，引入了正反饋。由于在通帶內(nèi)電容器可視為“開路”，因此的改接不影響濾波器的通帶電壓放大倍數(shù)，即。為簡化計算，令R2=R3=R，C1=C2=C，根據(jù)“虛短”和“虛斷”特性以及疊加定理可解得傳遞函

4、數(shù)：令s=，得濾波器的頻率響應(yīng)表達式：式中。令=由復(fù)數(shù)概念可解得該濾波器的上限截止頻率為1.27定義有源低通濾波器的等效品質(zhì)因數(shù)Q為f=時電壓放大倍數(shù)的模與通帶電壓放大倍數(shù)之比，即Q=在實際應(yīng)用中，Q的調(diào)節(jié)范圍為0.5，一般選取Q=1附近的值。實驗設(shè)計本次實驗采用上述二階壓控型低通濾波器電路圖。令1.27=1.27可取，C=0.01，R=2.0223仿真分析運用Multisim軟件對上述實驗設(shè)計思路進行仿真分析。1、 仿真電路運用Multisim繪制的實驗電路圖如下圖2.實驗設(shè)計電路圖電路中，XFG1為該二階壓控型低通濾波器提供電源。XBP1有兩組端口，左側(cè)IN是輸入端口，其“+”、“-”輸入

5、端分別接被測電路輸入端的正、負端子；右側(cè)OUT是輸出端口，其“+”、“-”輸入端分別接被測電路輸出端的正負端子。XBP1的IN端為二階壓控型低通濾波器提供一掃描信號。2、 實驗結(jié)果2.1波特圖儀顯示運用Multisim中的波特圖儀（XBP1）觀察二階壓控型低通濾波器的頻率特性。XBP1的設(shè)置以及觀察結(jié)果顯示如下：圖3. XBP1的幅頻顯示1圖4. XBP1的幅頻顯示2圖5. XBP1的幅頻顯示3圖6. XBP1的相頻顯示1圖7. XBP1的相頻顯示2根據(jù)上述五幅波特圖儀的顯示可知：該濾波器呈現(xiàn)低通狀態(tài)。在f=1Hz即通帶內(nèi)20lg=6.021dB，的相移為0Deg；在f=時，20lg=6.01

6、4dB；在f=10KHz時，20lg=3.012dB，的相移為-116.141Deg。2.2實驗PCB原理圖實驗結(jié)果分析3.1理論計算由二階壓控型低通濾波器的工作原理分析可知：通帶電壓放大倍數(shù) =2；所以，在通頻帶內(nèi)，=2，20lg=6.021dB，相移當(dāng)f=7.874KHz時，=2，20lg=6.021dB；當(dāng)f=10KHz時，=1.4182, 20lg=3.035dB，相移3.2實驗結(jié)果比較與分析通過比較分析波特圖儀（XBP1）和理論計算值比較，本次實驗設(shè)計在誤差范圍內(nèi)可以滿足實驗要求，設(shè)計思路正確合理。誤差分析：1、實際的集成運算放大器并非是理想的，故將其看作理想運放來分析存在誤差（主要誤差）；2、電阻與電容的實際參數(shù)與標(biāo)稱值不等，存在微小誤差；3、導(dǎo)線及電路各節(jié)點處有微小電阻；實驗結(jié)論1、 二階壓控型LPF的幅頻特性在f=處會出現(xiàn)抬升現(xiàn)象，此時正反饋作用最強，使該頻段的閉環(huán)增益加大；2、 本次實驗設(shè)計在誤差范圍內(nèi)，能夠滿足實驗設(shè)計要求。實驗感想1、 由于這次實驗時間比較緊，因此老師的指導(dǎo)非常重要。實驗前老師講的非常細致，而且老師將實驗步驟和實驗內(nèi)容都詳細的告訴我們。因此這次實驗我覺得比較簡單。也加深了對知識的理解。但也比較可惜沒時間